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巷道破碎围岩注浆固化机理2.1 充填压密及转变围岩破坏机制
断裂力学认为,连续介质内有裂隙时,在承载过程中会形成强烈的应力集中,在裂隙端部产生**应力集中,介质产生破坏就是在一定的应力条件下裂隙出现失稳扩展的结果。注浆时浆液在泵压的作用下,除了将一些较大的裂隙充填满,还可将一些充填不到的封闭裂隙和小裂隙压缩,甚至使其闭合,提高围岩的弹性模量和强度。根据试验得知,降低岩体的孔隙率,可大幅度提高岩体的强度,孔隙率与岩体强度关系见图2。注浆固化起到提高围岩强度和转变岩体破坏机制的作用。2.2浆液固结体形成网络骨架
浆液经挤压或渗透到围岩纵横交错的裂隙中固结,会形成网络骨架结构。形成网络骨架的高水速凝材料抗压强度不一定比围岩高,但此固结体具有良好的韧性和粘结性。当外载增加时,固化材料发生变形但不破坏,载荷主要由强度较高的煤岩体承担,这样围岩的破坏条件由原来的裂隙弱面强度条件向接近岩体强度条件转化。当外载超过围岩强度而发生较大变形时,固结材料的网络以其良好的韧性和粘结强度起到骨架作用,提高围岩的残余强度,限制其破坏的扩展,从而改善巷道维护状况。
图2 岩体强度与其孔隙率关系
1-三向抗压(围压4MPa);2-三向抗压(围压为2MPa);
3-单向抗压;4-抗拉
2.3 注浆固化封闭水源
水对巷道围岩有软化、溶蚀等作用,它能改变岩石的性质使其强度及变形特性发生变化。含水量的增加显著降低巷道围岩强度,尤其是围岩含遇水膨胀的粘土类岩时,围岩膨胀变形更大,一般支护难以适应,围岩注浆可有效地封堵流水通道,隔离巷道流水及含水层的水对围岩的软化,避免围岩强度因水的影响而大幅降低。
3 -700m西大巷围岩注浆固化参数3.1 巷道围岩注浆固化材料的选择
本试验选用中国矿业大学研制的ZKD高水速凝材料。该材料的优点是速凝且可调、水灰比高、流动渗透性好、在高水灰比条件下****结石且不淅水、固结体塑性好、能适应围岩变形、具有微膨胀性、成本较低。ZKD高水速凝材料的力学性能见表1[2]